Μετατροπή σε μπαταρίες LiFePo4

Χρόνος ανάγνωσης 7 λεπτά

Aktualisiert – Januar 3, 2025

Η μετατροπή σε μπαταρίες LiFePo4 αξίζει τον κόπο για δύο λόγους: Εξοικονόμηση βάρους και διάρκεια ζωής. Και οι δύο είναι ευπρόσδεκτοι λόγοι για την αντικατάσταση των παλαιών μπαταριών AGM στα αυτοκινούμενα τροχόσπιτα.

Μια μπαταρία AGM πρέπει να επαναφορτίζεται μετά την εκφόρτιση 60%. Μια μπαταρία LiFePo4 διαρκεί στην πραγματικότητα για 100% της ονομαστικής της χωρητικότητας. Επιπλέον, μια μπαταρία AGM απαιτεί φάσεις αποκατάστασης εάν απαιτούνται συνεχώς υψηλά ρεύματα, π.χ. σε λειτουργία μετατροπέα.
Στη δοκιμή, μια μπαταρία AGM 120 Ah διήρκεσε 31 ώρες με καθορισμένη μόνιμη κατανάλωση ρεύματος, ενώ η μπαταρία LifePo4 με 110 Ah διήρκεσε 54 ώρες.
Οι δύο τύποι διαφέρουν επίσης στη συμπεριφορά φόρτισης: η μπαταρία AGM απαιτεί 12 ώρες, ενώ η μπαταρία LiFePo4 6 ώρες, για να αναπληρώσει την ενέργεια που έχει χρησιμοποιηθεί.
Όσον αφορά το βάρος: η μπαταρία AGM ζυγίζει περίπου 26 κιλά, η μπαταρία LiFePo4 10 κιλά.

Δεν είναι όλοι εξοικειωμένοι με αυτή την τεχνική, γι' αυτό και οι άνθρωποι συχνά διστάζουν να κάνουν αυτό το βήμα. Ωστόσο, όπως πάντα, η γνώση του πώς είναι το κλειδί για το υποτιθέμενο μυστικό που κρύβεται πίσω από αυτό.

Οι οδηγίες βήμα προς βήμα θα σας βοηθήσουν να χάσετε τις αναστολές σας και να κατακτήσετε την ανταλλαγή με επιτυχία.

Οι συσκευές Victron χρησιμοποιούνται για όλα τα εξαρτήματα, με εξαίρεση τις ίδιες τις μπαταρίες.

Λίστα αγορών

Ανάλογα με την απαίτηση ισχύος, επιλέγονται οι απαιτούμενες αμπεροώρες (Ah), π.χ. 280 Ah από την EVE. Καθώς συναρμολογούμε μόνοι μας τη μπαταρία και χρησιμοποιούμε ένα μόνο Κυψέλη μπαταρίας 3,35 V, αλλά συνήθως χρειαζόμαστε τάση τροφοδοσίας 12 V επί του σκάφους, τέσσερα από αυτά προστίθενται στο καλάθι αγορών. Για 24 V, π.χ. σε αυτοκινούμενα τροχόσπιτα με βάση το πλαίσιο φορτηγού, πρέπει να αγοραστούν 8 κυψέλες.

Εάν απαιτούνται υψηλότερες έξοδοι, οι κυψέλες μπορούν επίσης να συνδεθούν παράλληλα. Για παράδειγμα, 2 κυψέλες των 280 Ah συνδεδεμένες παράλληλα σε 4 x 3,35 V οδηγούν σε χωρητικότητα 2 x 280 Ah = 560 Ah.

Οι μπαταρίες LiFePo4 απαιτούν ένα λεγόμενο σύστημα διαχείρισης μπαταρίας (BMS), το οποίο τα προστατεύει από πολύ υψηλές ή πολύ χαμηλές τάσεις και - σε περίπτωση σφάλματος - αποσυνδέει εγκαίρως ηλεκτρονικά την αρνητική γραμμή.

Επιπλέον, ένα Εξισορροπητής το οποίο εξασφαλίζει ότι όλα τα κύτταρα έχουν πάντα περίπου την ίδια τάση.

Φορτιστής / Ενισχυτής φόρτισης χρησιμοποιούνται για τη φόρτιση της μπαταρίας LiFePo4 με ρεύμα από την ξηρά ή κατά την οδήγηση μέσω της γεννήτριας.
Τέτοιες συσκευές, εάν έχουν ήδη εγκατασταθεί για τη μπαταρία AGM, θα πρέπει να είναι κατάλληλες και για τις μπαταρίες LiFePo4. Είναι είτε χειροκίνητα ρυθμιζόμενες είτε αναγνωρίζουν αυτόματα τον τύπο της μπαταρίας και φορτίζουν με την αντίστοιχη καμπύλη φόρτισης. Εάν ούτε το ένα ούτε το άλλο χαρακτηριστικό δεν παρέχεται από τον φορτιστή, απαιτείται μια κατάλληλη νέα συσκευή.

Εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε μετατροπέα, μπορεί να μην χρειάζεστε ξεχωριστό φορτιστή 230 V, καθώς οι μεγαλύτεροι μετατροπείς, όπως ο Victron Multiplus II, διαθέτουν ήδη ενσωματωμένο, πολύ ισχυρό φορτιστή.

Παρακολουθήστε την ισχύ του εναλλάκτη σε σχέση με την ισχύ του ενισχυτή φόρτισης και εγκαταστήστε έναν ισχυρότερο, εάν είναι απαραίτητο. Ένας ενισχυτής φόρτισης με ρεύμα φόρτισης 30 A θεωρείται τυπικός και μπορεί γενικά να εγκατασταθεί χωρίς ισχυρότερο εναλλάκτη.
Πρέπει να τηρείται η χρήση χοντρών και κοντών καλωδίων σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή, ώστε να ελαχιστοποιούνται οι πτώσεις τάσης από τον εναλλάκτη προς τον ενισχυτή φόρτισης και από τον ενισχυτή φόρτισης προς τη φορτιζόμενη μπαταρία. Οι καλοί ενισχυτές φόρτισης αντισταθμίζουν τις απώλειες τάσης από τον εναλλάκτη στον ενισχυτή φόρτισης αυξάνοντας αυτόματα την τάση εξόδου.

Μπορείτε να βρείτε ένα εργαλείο υπολογισμού για τις διατομές καλωδίων εδώ.

Βεβαιώνεστε πάντα ότι όλες οι συνδέσεις με βίδες, σφιγκτήρες ή πρεσαρίσματα είναι σφιχτές!
Οι χαλαρές συνδέσεις δημιουργούν υψηλή αντίσταση, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε υπερβολική θέρμανση και ακόμη και σε πυρκαγιά του καλωδίου, εάν υπάρχουν τα αντίστοιχα ρεύματα!

Επιλογές

Εάν δεν θέλετε απλώς να ελέγχετε την κατάσταση φόρτισης των μπαταριών μέσω της διασύνδεσης Bluetooth με τη χρήση της εφαρμογής, αλλά θέλετε επίσης να ενημερώνεστε συνεχώς για την εισερχόμενη ηλιακή ενέργεια, την κατάσταση φόρτισης και τις τιμές κατανάλωσης, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Victron Cerbo GX με οθόνη Touch 70, για παράδειγμα, για να εμφανίζετε όλες τις σχετικές τιμές, να ρυθμίζετε τις συσκευές κ.λπ.

Εξισορρόπηση κυττάρων

Λόγω των ανοχών κατασκευής και υλικών, οι ιδιότητες ενός κελιού δεν είναι ποτέ ακριβώς ίδιες. Καθώς ένα σύστημα BMS θεωρεί ότι το κύτταρο έχει αποφορτιστεί όταν επιτευχθεί μια συγκεκριμένη τάση του κυττάρου και απενεργοποιεί ολόκληρη τη μπαταρία, ακόμη και αν τα υπόλοιπα κύτταρα δεν έχουν ακόμη αποφορτιστεί, είναι σημαντικό να διατηρούνται όλα τα κύτταρα σε ιδανικά πανομοιότυπο επίπεδο τάσης.

Η εξισορρόπηση των κυττάρων απαιτεί χρόνο. Δεν βλάπτει να τοποθετήσετε τις κυψέλες σε μια σειρά παράλληλα αμέσως μετά την παράδοση, να συνδέσετε όλους τους αρνητικούς πόλους με τις παρεχόμενες ράβδους και να κάνετε το ίδιο με όλους τους θετικούς πόλους. Με αυτόν τον τρόπο, ένα κελί με χαμηλότερο φορτίο μπορεί να αναλάβει το φορτίο από ένα άλλο κελί κατά τη διάρκεια της νύχτας και έτσι να επιτευχθεί ένα ισορροπημένο δυναμικό τάσης σε όλα τα κελιά.

Η μπαταρία

Μέτρηση τάσης

Στο παραπάνω παράδειγμα, έχουν εξισωθεί 16 κυψέλες, οι οποίες ελέγχονται τώρα για τις αντίστοιχες τάσεις τους. Για το σκοπό αυτό θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα ψηφιακό πολύμετρο με ανάλυση 0,001 V ±0,03 % ή καλύτερη. Μια λειτουργία max/min διευκολύνει την καταγραφή της απόκλισης τάσης μιας σειράς μετρήσεων, όπως φαίνεται εδώ για 16 κυψέλες.

Αφού επιβεβαιωθεί ότι όλες οι κυψέλες με σε μεγάλο βαθμό ταυτόσημες τάσεις έχουν εξισωθεί, οι κυψέλες μπορούν να τοποθετηθούν όπως απαιτείται. Εδώ, τέσσερις φορές τέσσερις κυψέλες των 3,35 V πρέπει να συνδεθούν παράλληλα (προκύπτει 4 x 280 Ah = 1.120 Ah) και στη συνέχεια οι προκύπτουσες τέσσερις συστοιχίες των 3,35 V η κάθε μία πρέπει να συνδεθούν σε σειρά για να σχηματίσουν μια μπαταρία 13,4 V.

Δομή

Εδώ, τα μπλοκ των τεσσάρων, τα οποία τελικά αντιπροσωπεύουν το καθένα ένα κελί 3,35 V, συνδέθηκαν σε σειρά για να παρέχουν συνολικά 4 x 3,35 V = 13,4 V.

Τα ένθετα αφρού ροζ χρώματος χρησιμεύουν για την απόσβεση των κραδασμών. Συνολικό βάρος μαζί με το περίβλημα 96 kg. Εξοικονόμηση βάρους σε σύγκριση με μπαταρία 4x AGM DeepCycle 222 kg! Διαστάσεις (Π) 619 x (Υ) 407 x (Β) 283 mm.

Σύνδεση BMS

Το BMS διαθέτει δύο χοντρές συνδέσεις καλωδίων, P- και B-. Το B- συνδέεται με τον αρνητικό πόλο της μπαταρίας, ενώ το P- οδηγεί στην αρνητική σύνδεση των καταναλωτών. Αυτή η διατομή καλωδίου πρέπει να χρησιμοποιείται και για το θετικό καλώδιο προς τη μπαταρία και δεν πρέπει να είναι μικρότερη από αυτή.

Τα δύο 35 mm² Τα χοντρά μαύρα καλώδια (επάνω) συνδέονται με τη ράγα γείωσης (-) του παράκαμψης Lynx, ενώ τα μπλε καλώδια (κάτω) με τον αρνητικό πόλο της μπαταρίας.
Συνήθως υπάρχει μόνο ένα μαύρο και μπλε καλώδιο 35 mm για BMS μικρότερα από 400A.² Καλώδιο. Από 400 A, δύο πανομοιότυπα χρωματισμένα καλώδια 35 mm² τα καλώδια συνδέονται παράλληλα, ώστε η διάμετρος του καλωδίου να είναι φυσικά αρκετά εύκαμπτη αλλά ηλεκτρικά διπλάσια ελαστική.

Το BMS ενεργοποιείται με την εφαρμογή εξωτερικής τάσης φόρτισης. Αυτό ενεργοποιεί πρώτα το BMS. Οι οδηγίες είναι διαθέσιμες εδώ λήψη διαθέσιμο.

Το XENES-BMS διαθέτει ενσωματωμένο εξισορροπητή.

Η τιμή SOC του 64% (δεύτερη στήλη από αριστερά, τρίτη τιμή από κάτω) αντιπροσωπεύει την τρέχουσα κατάσταση φόρτισης και ΔΕΝ πρέπει να ρυθμίζεται χειροκίνητα για να αποφεύγονται εσφαλμένες τιμές.

Οι μόνες τιμές που πρέπει να ρυθμιστούν είναι η ονομαστική χωρητικότητα και, κατά περίπτωση, οι τιμές για το μέγιστο ρεύμα φόρτισης/εκφόρτισης και την προστασία φόρτισης σε χαμηλές θερμοκρασίες (0 °C), καθώς οι μπαταρίες LiFePo4 δεν πρέπει να φορτίζονται κάτω από τους 0 °C, επειδή τα ιόντα λιθίου μπορεί να εναποτίθενται στα ηλεκτρόδια και να προκαλέσουν βλάβη στη μπαταρία μακροπρόθεσμα.

Η εκφόρτιση μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί σε θερμοκρασίες κάτω των -20 °C, αλλά σε τέτοιες θερμοκρασίες η συνολική χωρητικότητα θα πρέπει να υποτεθεί ότι μειώνεται σε περίπου 70% σε σύγκριση με τα συνήθη 100 %.

Σύνδεση εξισορροπητή

Υπάρχουν τέσσερις κυψέλες ανά μπαταρία. Είτε ένα κελί έχει στην πραγματικότητα μόνο ΜΙΑ κυψέλη 3,35 V είτε πολλές (τέσσερις σε αυτή την περίπτωση), οι οποίες με τη σειρά τους έχουν από έναν (σε αυτή την περίπτωση κοινό) αρνητικό και θετικό ακροδέκτη.

Το μαύρο καλώδιο του λευκού βύσματος (-) κάτω αριστερά συνδέεται με τον αρνητικό πόλο της πρώτης (εδώ κοινής) κυψέλης και τα τέσσερα κόκκινα καλώδια (+) συνδέονται το καθένα με τον θετικό πόλο της πρώτης (αυτή είναι η κυψέλη/ομάδα κυψελών που, από την άποψη του BMS, είναι η πρώτη που συνδέεται με τον αρνητικό πόλο). B- (στην εμπρόσθια όψη που φαίνεται παραπάνω, το μπλοκ κυττάρων πάνω δεξιά), δεύτερο, τρίτο και τέταρτο κύτταρο(α).

Εάν τα καλώδια είναι πολύ κοντά, μπορούν να επεκταθούν. Ωστόσο, είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι ΚΑΙ τα πέντε καλώδια έχουν το ίδιο μήκος, προκειμένου να αποφευχθεί η αλλοίωση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων!

Οι υποδοχές στην κάτω επιμήκη πλευρά του BMS, με την ένδειξη NTC και UART χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση του αισθητήρα θερμοκρασίας (NTC) και τη μονάδα Bluetooth (UART), η οποία χρησιμοποιείται για την εγκαθίδρυση της σύνδεσης με την εφαρμογή BMS.

Σύνδεση μπαταρίας και διανομέα

Με τον διακλαδωτή και διανομέα Victron Lynx, η Victron επιτρέπει τη μέτρηση εισερχόμενων και εξερχόμενων ρευμάτων έως και την περιοχή 1 kA, καθώς και την προ-ασφάλεια των συνδεδεμένων σειρών φορτίων.

Τα δεδομένα που συλλέγονται εμφανίζονται στην οθόνη αφής μέσω του Cerbo GX.

Η μπαταρία συνδέεται στις εισόδους του παράκαμψης Lynx χρησιμοποιώντας σύντομα, χοντρά και κοντά καλώδια σχεδιασμένα για τα αναμενόμενα ρεύματα.

Όλες οι βιδωτές συνδέσεις M8 πρέπει να σφίγγονται με 14 Nm.

Το Lynx Shunt και ο διανομέας ζυγίζουν μαζί 3,6 kg.

Σύνδεση ελεγκτή MPPT

Η έξοδος του ελεγκτή MPPT συνδέεται σε μία από τις εξόδους του διανομέα. Εάν χρησιμοποιούνται αρκετοί ελεγκτές MPPT, μπορούν να συνδυαστούν σε έναν ακροδέκτη του διανομέα.

Ο ελεγκτής MPPT ζυγίζει 4,5 kg.

Σύνδεση ενισχυτή φόρτισης / φορτιστή

Οι έξοδοι του ενισχυτή φόρτισης και του φορτιστή συνδέονται απευθείας σε μία από τις εξόδους του διανομέα.

Ο ενισχυτής φόρτισης ζυγίζει 1,8 kg, ο φορτιστής 1,3 kg.

Σύνδεση καταναλωτή

Το άθροισμα όλων των ρευμάτων μιας γραμμής τροφοδοσίας πολλαπλασιασμένο επί 1,35 δίνει το μέγεθος της εφεδρικής ασφάλειας που πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Εάν αναμένονται 105 A, η ασφάλεια είναι 105 x 1,35 = 148 με 150 A.

Οι καταναλωτές ασφαλίζονται πάντα μεμονωμένα μέσω κατάλληλα υπολογισμένων ασφαλειών.

Σύνδεση Cerbo GX και GX Touch

Ο "συλλέκτης δεδομένων" του Cerbo GX συνδέεται στον πίνακα αφής GX χρησιμοποιώντας το παρεχόμενο καλώδιο σύνδεσης. Οι συσκευές που επικοινωνούν με το Cerbo GX συνδέονται σε αυτό μέσω ενός καλωδίου VE.direkt ή μέσω ενός προσαρμογέα USB-προς-VE. Και οι δύο πρέπει να παραγγελθούν ξεχωριστά, εάν απαιτείται.

Σύνδεση εξωτερικής μπαταρίας

Μια εξωτερική σύνδεση μπαταρίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για τη σύνδεση δύο οχημάτων, τα οποία διαθέτουν και τα δύο φωτοβολταϊκές μονάδες και μια συστοιχία μπαταριών, προκειμένου να χρησιμοποιηθεί η ενέργεια που δεν απαιτείται σε ένα από τα οχήματα για το δεύτερο όχημα με μεγαλύτερη κατανάλωση.

Μια περαιτέρω, εξωτερική σύνδεση Φ/Β ελεγκτή MPPT μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύνδεση πρόσθετων εξωτερικών Φ/Β μονάδων στην είσοδο του ελεγκτή MPPT, προκειμένου να επιτευχθεί υψηλότερη ηλιακή απόδοση και μεγαλύτερες παράμετροι ισχύος. Υπό την προϋπόθεση ότι ο εγκατεστημένος ελεγκτής MPPT διαθέτει τα αντίστοιχα αποθέματα ισχύος.

Εδώ είναι το Ελεγκτής Victron Smartsolar MPPT 250/100 Tr VE.Can το οποίο παράγει ρεύμα φόρτισης έως και 100 A στα 12 V DC. Σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων, η μέγιστη τάση ανοιχτού κυκλώματος του φωτοβολταϊκού είναι 250 V.

Μια ασφάλεια 80 A πρέπει να συνδεθεί στην αντίστοιχη θετική γραμμή της εξωτερικής πρίζας σύνδεσης και στα δύο οχήματα, ώστε να αναχαιτίζονται αφενός τα υπερβολικά ρεύματα και αφετέρου να παρέχεται προστασία από βραχυκύκλωμα. Συνιστάται επίσης ένας διακόπτης στη θετική γραμμή, ώστε να είναι δυνατή η απενεργοποίηση των εξωτερικών υποδοχών σύνδεσης της μπαταρίας όταν δεν χρησιμοποιούνται.

Συμπέρασμα

Μια συμπαγής μονάδα, η οποία περιέχει όλα τα εξαρτήματα σε ένα μπλοκ, παρέχει τελικά 1.120 Ah, ζυγίζει περίπου 145 kg και, παρά τη συμπαγή της μορφή, επιτρέπει την πρόσβαση σε όλες τις συνδέσεις όλων των εξαρτημάτων χωρίς να αποσυναρμολογούνται οι επιμέρους συσκευές.

Υπόδειξη

Όλες οι εργασίες ηλεκτρικής εγκατάστασης πρέπει να εκτελούνται από εξειδικευμένο προσωπικό σύμφωνα με τους ισχύοντες κανονισμούς. Κατά τις εργασίες σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις, αυτές πρέπει να είναι πάντοτε ασφαλώς απενεργοποιημένες!
Για την ενημέρωση των μη εμπλεκομένων τρίτων, πρέπει να τοποθετούνται κατάλληλες πινακίδες στις συσκευές απενεργοποίησης κατά τη διάρκεια των εργασιών.

p.s. Εάν χρειάζεστε προσωπική υποστήριξη στην υλοποίηση έναντι πληρωμής, μπορείτε να στείλετε ένα Κράτηση Κάνε!